第4章 机械传动系统设计
4.1 主要参数的选择
4.1.1 回转器
立轴的转速，主要取决于地质条件、钻头直径及钻进方式，当使用直径为75mm钻头时，采用硬质合金和钻粒，根据国内外的经验，立轴转速取 n＝90～400r/min比较适宜；采用金刚石钻头钻进时，立轴转速取n＝400～1000r/min比较适宜。本机选用120～600r/min，即适合合金钻头钻进，由适合金刚石钻头钻进。
4.1.2 绞车
为了减轻钻机重量，不使动力机过大，绞车的缠绳速度不宜过高，基本上采用低速，本机升降机速度为0.26～0.70m/s。
卷筒缠绳速度为三种，见表4—1
表4—1 绞车卷筒缠绳速度
Ⅰ档 Ⅱ档 Ⅲ档 Ⅳ档 120 240 350 600 立轴转速 r/min 0.26 0.61 0.70 缠绳速度 m/s — 4.1.3 变速箱
参考国内外现有小型钻机的转速系列，本机采用了不规则排列的中间转
速系列。
立轴有四种转速，120、240、350r/min转速适合合金钻头钻进，600r/min转速适合金刚石钻头钻进。
4.2 机械传动系统初步计算
4.2.1 立轴的转速
根据机械传动路线，立轴的转速计算如下：
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n??n?D1Z1Z3Z10 ???D2Z2Z4Z11式中:n?—立轴的第一档转速(r/min) n—电机转速(r/min) n=1460r/min D1—主动皮带轮直径(mm) D1=160mm D2—大皮带轮直径(mm) D2=355mm Z1—Z11传动链中各齿轮的齿数,Z1=25,Z2=31,Z3=19,Z4=40
Z10=20,Z11=39
160251920故 n??1460?????125.26?120r/min
355314039第二档、第三档和第四档转速分别计算如下： 第二档： nⅡ=n?式中:Z5=28,Z6=31 故 nⅡ=1460?160252820????245.86?240r/min 355313139D1Z1Z10??D2Z4内Z11
D1Z1Z5Z10??? D2Z2Z6Z11第三档： nⅢ=n?式中: Z4内=24
故 nⅢ=1460?1602520??=351.5≈350r/min 3552439D1Z1Z7Z8Z10????D2Z2Z8Z6内Z11
第四档： nⅣ=n?式中: Z7=46,Z8=21,Z6内=21
16025472120?????609.1?600r/min 35531212131考虑到皮带传动、齿轮传动、轴承等的效率，所以各档转速确定为120、240、350、600r/min。
故 nⅣ=1460? 15
4.2.2 绞车的缠绳速度
第一档速度:
?1??D60000?(n?D1Z1Z3Z9Z13????) m/s D2Z2Z4Z12Z14式中:D?D0?d?140?8.8?148.8mm
式中:D0=140mm为卷筒直径,d=8.8mm为钢丝绳直径。 故 ?1???148.860000同样方法可以得到:
?(1460?1602518331818?????)=0.28m/s 3553138831854?2?0.68m/s ?3?0.75m/s (计算从略)
考虑到皮带、轴承、齿轮等的效率，确定绞车提升速度分别为：
U1＝0.26ms U2=0.61m/s U3=0.70m/s。
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第5章 变速箱的设计与计算
5.1 变速箱的结构特点及设计要求
5.1.1 结构特点
变速箱的结构有变速部分、分动部分、操纵部分和箱体组成。本设计中变速部分和分动部分合为一整体，缩小了箱体的结构尺寸。其具体特点是： 1.采用了回归式的传动形式，箱体呈扁平状，有利于降低钻机的高度，齿轮Z4即使移动齿轮又是结合子，因此结构紧凑；
2.变速、分动相结合，减少了零件的数目，有效利用变速箱内的空间； 3.操纵机构采用了齿轮齿条拨叉机构，操纵灵活可靠，每个移动齿轮单独控制，并有互锁装置，这种互锁装置安全可靠，结构简单； 4.增加了卸荷装置，减少了齿轮的受力。
5.1.2 设计要求
1.在校核零件强度时，假设电机的功率全部输入变速箱，然后再输入绞车和回转器；
2.变速箱在不更换齿轮的情况下，可连续工作10000小时，纯机动时间每班16小时，可连续工作20个月。
每种速度的工作时间分配情况见表6—1。
表5—1 变速箱四种速度工作时间分配情况 转速（r/min） 占总工作时间百分率 工作时间(h) 120 30% 3000 240 30% 3000 350 20% 2000 600 20% 2000 3.本设计零件的强度和寿命计算方法和数据是按《机械设计手册》（化学工业出版社）计算的。
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5.2 齿轮副的强度计算与校核
5.2.1 变速箱内各齿轮主要参数确定
根据立轴转速的要求，前面已经初步选择各齿轮的齿数，由钻机的实际情况，变速箱内各齿轮的主要设计参数见表6—2。
表5—2 变速箱内齿轮的主要设计参数 变 位齿轮备齿数Z 模数m 齿宽b 系数材料 硬度RC 应力角 编号 注 Xn Z1 25 4 40 1.0 40Cr 40—50 20o Z2 31 4 30 0.76 40Cr 40—50 20o Z3 19 4 30 0 20CrMnTi 57—62 20o Z4 40 4 30 0 40Cr 40—50 20o Z5 28 4 25 0 40Cr 40—50 20o Z6 31 4 25 0 40Cr 40—50 20o Z7 47 3.5 25 -1.03 40Cr 40—50 20o Z8 21 3.5 35 0.04 40Cr 40—50 20o 5.2.2..主要齿轮副的强度设计计算与校核
现选择变速箱中重要传动轴Ⅲ轴上的Z3、Z4齿轮副为例进行齿轮副的强度设计计算和校核。
1.按照齿面接触疲劳强度计算
?初步计算
①计算转矩T3
T3?9.55?106?P13.968?9.55?106??251369.8N?mm n3530.67 18